EP0114769A1 - Procédé de production de méthane par fermentation anaérobie - Google Patents

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EP0114769A1
EP0114769A1 EP84400097A EP84400097A EP0114769A1 EP 0114769 A1 EP0114769 A1 EP 0114769A1 EP 84400097 A EP84400097 A EP 84400097A EP 84400097 A EP84400097 A EP 84400097A EP 0114769 A1 EP0114769 A1 EP 0114769A1
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Jean-Daniel Finck
Gérard Goma
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Societe National Elf Aquitaine
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    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P5/00—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons
    • C12P5/02—Preparation of hydrocarbons or halogenated hydrocarbons acyclic
    • C12P5/023—Methane
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
    • Y02E50/00—Technologies for the production of fuel of non-fossil origin
    • Y02E50/30—Fuel from waste, e.g. synthetic alcohol or diesel

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing methane by anaerobic fermentation of organic substrates.
  • Biogas production processes have been known for many years and the operating conditions of fermentation have been the subject of numerous studies.
  • One of the major drawbacks of processes of this type is the low yield of fermentations due in part to the low speed of certain bacterial reactions. This low speed very often leads users to use large volume reactors to thereby increase the residence time of the substrate.
  • the object of the invention is to overcome these drawbacks and to make it possible to implement a process for the production of biogas having improved yields.
  • the subject of the invention is a process for producing methane by anaerobic fermentation of organic substrates, used under the usual fermentation conditions, characterized in that at least one unsaturated fatty acid or a derivative is added to the fermentation medium. of this acid, at a concentration between 0.0001 and 0.35 millimoles per liter of culture medium and such that, for the fatty acid under consideration, the yield of biogas is at least equal to that obtained under the same conditions in L ' absence of said fatty acid;
  • a fatty acid alone or as a mixture, having per molecule of 18 to 22 carbon atoms molecule and at least two olefinic unsaturations will be used in the process of the invention.
  • fatty acids or derivatives of these acids can be, under certain conditions, powerful activators of the production of methane by anaerobic fermentation of organic substrates.
  • the fatty acid is added to the culture medium at very low concentrations. These concentrations will generally be between 0.001 and 0.35 miLLi moles per liter of culture medium. Optimal concentrations will vary, within the range defined above, depending on the fatty acid. implemented in The process. It will be necessary for each fatty acid used to verify that, for the chosen concentration, the biogas yield is at least equal to that obtained with a control culture without fatty acid (R> 1), R being the ratio of the volumes of biogas produced experimentally (Vex) and in a control trial (Vt).
  • linoleic acid or linseed oil When linoleic acid or linseed oil is used as fatty acid, it will be particularly advantageous to add it at a concentration of between 0.10 and 0.25 mM per liter (mM being the abbreviation for millimole).
  • Linolenic acid or its derivatives it is essential to use it at a lower concentration of between 0.001 and 0.1 mM per liter. Beyond this concentration, the biogas yield drops considerably (R (1).
  • Fermentation takes place generally for 30 days and, in some cases, limited to 8 days.
  • the criterion for comparing the yield is The production of biogas compared to that of a control test (ex 1), acid-free, it being specified that The methane content of the biogas is equal to 55% and identical in all these experiments.
  • the process of the invention can be used to treat any suitable fermentable substrate and in particular substrates rich in cellulose and / or lignocellulose,
  • the substrate can be of animal origin, for example slurry, manure or slaughterhouse effluents; it can also be of plant origin, for example crop waste such as La Luzerne, Jerusalem artichoke, Sugar cane, Corn etc ... finally it can be of industrial origin and for example consisting of effluents from Dairies , canneries, paper industry etc ...

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Abstract

L'invention a pour objet un procédé de production de méthane par fermentation anaérobie à haut rendement. Le procédé de l'invention est caractérisé en ce qu'on ajoute au milieu de fermentation, mis en oeuvre dans les conditions habituelles de fermentation, de 0,001 à 0,35 milli moles par litre d'un acides gras insaturé ou d'un dérivé de cet acide.

Description

  • La présente invention concerne un procédé de production de méthane par fermentation anaérobie de substrats organiques.
  • Les procédés de production de biogaz sont connus depuis de nombreuses années et Les conditions opératoires de La fermentation ont fait L'objet de nombreux travaux. L'un des inconvénients majeurs des procédés de ce type est Le faible rendement des fermentations dû en partie à La faible 'vitesse de certaines réactions bactériennes. Cette faible vitesse amène très souvent Les utilisateurs à mettre en oeuvre des réacteurs de grand volume pour augmenter ainsi Le temps de séjour du substrat.
  • L'invention a pour but de paLLier ces inconvénients et de permettre de mettre en oeuvre un procédé de production de biogaz ayant des rendements améliorés.
  • L'invention a pour objet un procédé de production de méthane par fermentation anaérobie de substrats organiques, mis en oeuvre dans Les conditions habitueLLes de fermentation caractérisé, en ce qu'on ajoute au milieu de fermentation au moins un acide gras insaturé, ou un dérivé de cet acide, à une concentration comprise entre 0.0001 et 0,35 millimoles par Litre de milieu de culture et telle que, pour L'acide gras considéré, Le rendement en biogaz est au moins égal à celui obtenu dans les mêmes conditions en L'absence dudit acidegras;
  • On utilisera de préférence dans Le procédé de L'invention un acide gras, seul ou en mélange, ayant par molécule, de 18 à 22 atomes de carbone molécule et au moins deux insaturations oléfiniques.
  • L'influence des acides gras insaturés comportant 18 atomes de carbone sur La production de méthane a déjà été étudiée et à fait L'objet d'une publication de MM. D.I. DEMEYER et H.K. HENDERICKS dans "Biochimica et Biphysica Acta, 137 (1967) pp 484-497. il ressort clairement des conclusions de cette étude que ce type d'acides est un inhibiteur de La production de méthane.
  • Or il a été découvert, avec surprise, que Les acides gras ou Les dérivés de ces acides tels que Les esters, peuvent être dans certaines conditions des activateurs puissants de La production de méthane par fermentation anaérobie de substrats organiques.
  • il est essentiel pour cela que L'acide gras soit ajouté au milieu de culture à de très faibles concentrations. Ces concentrations seront généralement comprises entre 0,001 et 0,35 miLLi moles par litre de milieu de culture. Les concentrations optimales varieront, dans le domaine défini ci- dessus, selon L'acide gras. mis en oeuvre dans Le procédé. Il sera nécessaire pour chaque acide gras mis en oeuvre de vérifier que, pour La concentration choisie, Le rendement en biogaz est au moins égal à celui obtenu avec une culture témoin sans acide gras (R> 1), R étant Le rapport des volumes de biogaz produits expérimentalement (Vex) et en essai témoin (Vt).
  • NatureLLement L'acide gras ou son dérivé devra être soluble dans Le milieu de culture; s'il ne L'est pas iL sera alors préférable de l'émulsifier préalablement à L'addition. Parmi les acides gras ou leurs dérivés que L'on peut utiliser de préférence dans Le procédé de L'invention on peut citer à titre d'exemple:
    • - l'acide LinoLéique
    • - L'acide linolénique
    • - L'acide arachidonique
    • - L'acide clupanodonique
    • - L'acide ricinoléique
    • - les esters de ces acides
    • - les mélanges de ces acides tel que l'huile de lin.
  • Lorsqu'on utilisera L'acide linoléique ou l'huile de Lin comme acide gras il sera particulièrement avantageux de L'ajouter à une concentration comprise entre 0,10 et 0,25 mM par litre (mM étant L'abréviation de millimole).
  • Dans Le cas où l'on choisit L'acide linolénique ou ses dérivés il est essentiel de l'utiliser à une concentration plus faible comprise entre 0,001 et 0,1 mM par litre. Au delà de cette concentration le rendement en biogaz chute considérablement (R ( 1).
  • Le procédé de L'invention est illustré par les exemples 1 à 32 décrits ci-dessous.
    • EXEMPLES 1 à 29
  • L'étude de La production de biogaz par fermentation d'un substrat constitué de fumier de bovin ramené à 10 % de matière sèche a été menée en discontinu avec divers acides gras à différentes concentrations, et ceci dans des conditions opératoires identiques. La fermentation est réalisée à 35°C à un pH moyen initial de 7,4 dans des bouteilles de verre non agitées.
  • Les fermentations sont menées en général durant 30 jours et, dans certains cas, limitées à 8 jours. Le critère de comparaison du rendement est La production de biogaz par rapport à celle d'un essai témoin (ex 1), sans acide, étant précisé que La teneur en méthane du biogaz est égale à 55 % et identique dans toutes ces expériences.
  • Les conditions opératoires précises et Les résultats obtenus sont indiqués dans Le tableau I ci-dessous.
    Figure imgb0001
    L'analyse du tableau 1, montre que :
    • - Les acides gras saturés sont totalement inactifs
    • - Les acides gras mono-ethyléniques sont faiblement actifs exemples 6 à 9)
    • - Les acides gras di-éthyléniques et triéthyléniques sont particulièrement actifs (exemples 10 a 12 et 14 à 16 respectivement); ils deviennent inactifs et même inhibiteurs dès que Leur concentration est trop importante (exemples 13 et 17). Il est à remarquer que L'acide linolénique est très actif à faible concentration et devient inhibiteur à une concentration peu élevée.
    • - l'huile de lin est active et cette activité augmente au cours du temps (exemples 21 à 23)
    • - les gains en rendement sont extrêmement importants ceux ci dépassant 200 %.
    EXEMPLES 30 à 32
  • Des expériences comparatives ont été menées en pilote continu de 5m3 dans Les conditions expérimentales suivantes, l'alimentation du réacteur s'effectuant 5 jours par semaine:
    Figure imgb0002
    Les résultats obtenus sans acïde gras (ex 30), avec 0,027mM/L du monolinolénate des exemples 25 à 39 (ex 31) et 0,054 mM de ce monolinolénate (ex 32) sont résumés dans Le tableau (2) ci-dessous.
    Figure imgb0003
  • Le procédé de L'invention peut être utilisé pour traiter tout substrat fermentiscible convenable et en particulier les substrats riches en cellulose et/ou ligno cellulose,
  • Le substrat peut être d'origine animale, par exemple des Lisiers, des fumiers ou des effluents d'abattoirs; il peut être également d'origine végétale par exemple des déchêts de cultures telle que La Luzerne, Le topinambour, La canne à sucre, Le mais etc... enfin il peut être d'origine industrielle et constitué par exemple d'effluents de Laiteries, de conserveries, de L'industrie papetière etc...

Claims (6)

1 - Procédé perfectionné de production de méthane par fermentation anaérobie de substrats organiques, mis en oeuvre dans Les conditions habituelles de fermentation, caractérisé en. ce qu'on ajoute au milieu de fermentation au moins un acide gras insaturé ou un dérivé de cet acide, Ledit acide gras comportant de 18 à 22 atomes de carbone et au moins deux insaturations oléfiniques par molécule, à une concentration comprise entre 0,001 et 0,35 millimoles par litre de milieu de fermentation telle que, pour L'acide gras considéré, Le rendement en biogaz R soit au moins égal à 1.
2 - Procédé selon La revendication 1 caractérisé en ce que L'acide gras est L'acide linolénique.
3 - Procédé selon La revendication 1 caractérisé en ce que l'acice gras est L'acide LinoLéique.
4 - Procédé selon La revendication 1 caractérisé en ce que L'acide gras est constitué par de l'huile de Lin.
5 - Procédé selon La revendication 2 caractérisé en ce que L'acide gras est un ester de L'acide LinoLénique.
6 - Procédé selon l'une des revendications 2 et 5 caractérisé en ce que La concentration en acide gras est comprise entre 0,001 et 0,10 mM/l.
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